Convertisseur d'arc - Arc converter

Émetteur à arc Poulsen de 1 mégawatt utilisé par l'US Navy vers 1918 dans les stations radio côtières pour communiquer avec sa flotte dans le monde entier, l'un des plus grands émetteurs à arc jamais construits.

Le convertisseur d'arc , parfois appelé émetteur d'arc , ou arc de Poulsen du nom de l'ingénieur danois Valdemar Poulsen qui l'a inventé en 1903, était une variété d' émetteurs à étincelles utilisés dans les premiers temps de la télégraphie sans fil . Le convertisseur à arc utilisait un arc électrique pour convertir l' électricité à courant continu en courant alternatif radiofréquence . Il a été utilisé comme émetteur radio de 1903 jusqu'aux années 1920, date à laquelle il a été remplacé par des émetteurs à tube à vide . L'un des premiers émetteurs pouvant générer des ondes sinusoïdales continues , il fut l'une des premières technologies utilisées pour transmettre le son ( modulation d'amplitude ) par radio. Il figure sur la liste des jalons de l'IEEE en tant que réalisation historique en génie électrique .

Histoire

Le premier convertisseur à arc de Poulsen, à partir de 1903

Elihu Thomson a découvert qu'un arc de carbone shunté avec un circuit accordé en série « chanterait ». Cet "arc chantant" était probablement limité aux fréquences audio. Le Bureau of Standards attribue à William Duddell le circuit résonnant shunt vers 1900.

L'ingénieur anglais William Duddell a découvert comment faire un circuit résonant à l' aide d'une lampe à arc au carbone . "L'arc musical" de Duddell fonctionnait à des fréquences audio , et Duddell lui-même a conclu qu'il était impossible de faire osciller l'arc à des fréquences radio .

Valdemar Poulsen a réussi à augmenter l'efficacité et la fréquence au niveau souhaité. L'arc de Poulsen pouvait générer des fréquences allant jusqu'à 200  kilohertz et a été breveté en 1903.

Après quelques années de développement, la technologie de l'arc a été transférée en Allemagne et en Grande-Bretagne en 1906 par Poulsen, son collaborateur Peder Oluf Pedersen et leurs bailleurs de fonds. En 1909, les brevets américains ainsi que quelques convertisseurs à arc sont achetés par Cyril Frank Elwell . Le développement ultérieur en Europe et aux États-Unis était assez différent, car en Europe, il y avait de graves difficultés pendant de nombreuses années à mettre en œuvre la technologie Poulsen, tandis qu'aux États-Unis, un système radiotélégraphique commercial étendu a rapidement été mis en place avec la Federal Telegraph Company . Plus tard, la marine américaine a également adopté le système Poulsen. Seul le convertisseur à arc avec conversion de fréquence passive était adapté à une utilisation portable et maritime. Cela en a fait le système de radio mobile le plus important pendant environ une décennie jusqu'à ce qu'il soit remplacé par des systèmes de tubes à vide .

En 1922, le Bureau of Standards déclara : « l'arc est l'appareil de transmission le plus largement utilisé pour les travaux à haute puissance et à longue distance. On estime que l'arc est maintenant responsable de 80 % de toute l'énergie réellement rayonnée dans l'espace. à des fins radiophoniques pendant un temps donné, en laissant de côté les stations d'amateur."

La description

Cette nouvelle méthode plus raffinée pour générer des signaux radio à ondes continues a été initialement développée par l'inventeur danois Valdemar Poulsen . Les émetteurs à éclateur utilisés à cette époque produisaient des ondes amorties qui gaspillaient une grande partie de leur puissance rayonnée en transmettant de fortes harmoniques sur plusieurs fréquences qui remplissaient le spectre RF d'interférences. Le convertisseur à arc de Poulsen produisait des ondes non amorties ou continues (CW) sur une seule fréquence.

Il existe trois types d'oscillateur à arc :

Arc Duddell (et autres premiers types)
Dans le premier type d'oscillateur à arc, le courant alternatif dans le condensateur i 0 est bien inférieur au courant continu d'alimentation i 1 , et l'arc ne s'éteint jamais pendant un cycle de sortie. L'arc Duddell est un exemple du premier type, mais le premier type n'est pas pratique pour les émetteurs RF.
Arc de Poulsen
Dans le deuxième type d'oscillateur à arc, le courant de décharge CA du condensateur est suffisamment important pour éteindre l'arc mais pas assez pour redémarrer l'arc dans la direction opposée. Ce deuxième type est l'arc de Poulsen.
éclateur trempé
Dans le troisième type d'oscillateur à arc, l'arc s'éteint mais peut se rallumer lorsque le courant du condensateur s'inverse. Le troisième cas est un éclateur trempé et produit des oscillations amorties.

Les ondes continues ou « non amorties » (CW) étaient une caractéristique importante, car l'utilisation d' ondes amorties provenant d' émetteurs à éclateur a entraîné une diminution de l'efficacité des émetteurs et des communications, tout en polluant le spectre RF avec des interférences.

Circuit du convertisseur à arc de base, à partir du papier de Poulsen de 1904 (étiquettes ajoutées).

Le convertisseur à arc Poulsen avait un circuit accordé connecté à travers l'arc. Le convertisseur à arc consistait en une chambre dans laquelle l'arc brûlait dans de l' hydrogène gazeux entre une cathode en carbone et une anode en cuivre refroidie à l'eau . Au-dessus et au-dessous de cette chambre, il y avait deux bobines de champ en série entourant et activant les deux pôles du circuit magnétique. Ces pôles projetés dans la chambre, un de chaque côté de l'arc pour fournir un champ magnétique .

Il a été le plus efficace lorsqu'il était utilisé dans la gamme de fréquences de quelques kilohertz à quelques dizaines de kilohertz. Le réglage de l'antenne devait être suffisamment sélectif pour supprimer les harmoniques du convertisseur à arc .

Saisie

Étant donné que l'arc a mis un certain temps à s'amorcer et à fonctionner de manière stable, le détrompage normal n'a pas pu être utilisé. Au lieu de cela, une forme de modulation par déplacement de fréquence a été utilisée. Dans cette méthode d'onde de compensation , l'arc fonctionnait en continu et la clé modifiait la fréquence de l'arc de un à cinq pour cent. Le signal à la fréquence indésirable était appelé onde de compensation . Dans les émetteurs à arc jusqu'à 70 kW, la clé court-circuite généralement quelques tours dans la bobine d'antenne. Pour les arcs plus grands, la sortie de l'arc serait un transformateur couplé à l'inducteur de l'antenne et la clé court-circuiterait quelques tours inférieurs du secondaire mis à la terre. Par conséquent, la "marque" (clé fermée) a été envoyée à une fréquence, et "l'espace" (clé ouverte) à une autre fréquence. Si ces fréquences étaient suffisamment éloignées l'une de l'autre et que le récepteur de la station réceptrice avait une sélectivité adéquate , la station réceptrice entendrait la CW standard lorsqu'elle serait syntonisée sur la fréquence « marque ».

La méthode des ondes de compensation utilisait beaucoup de bande passante spectrale. Il a non seulement transmis sur les deux fréquences prévues, mais aussi les harmoniques de ces fréquences. Les convertisseurs à arc sont riches en harmoniques. Vers 1921, la Conférence internationale préliminaire sur les communications a interdit la méthode des ondes de compensation parce qu'elle causait trop d'interférences.

Le besoin d'émettre des signaux à deux fréquences différentes a été éliminé par le développement de méthodes uni - ondes . Dans une méthode uniwave, appelée méthode d'allumage , la saisie démarre et arrête l'arc. La chambre à arc aurait un attaquant tige qui court - circuit les deux électrodes par l' intermédiaire d' une résistance et d' extinction de l'arc. La clé alimenterait un électro-aimant qui déplacerait le percuteur et rallumerait l'arc. Pour que cette méthode fonctionne, la chambre à arc devait être chaude. La méthode était réalisable pour des convertisseurs à arc jusqu'à environ 5 kW.

La deuxième méthode uniwave est la méthode d'absorption , et elle implique deux circuits accordés et une clé unipolaire, à double jet , à fermeture avant coupure. Lorsque la touche est enfoncée, l'arc est connecté à la bobine d'antenne et à l'antenne accordées. Lorsque la clé est relevée, l'arc est connecté à une antenne factice syntonisée appelée back shunt . Le shunt arrière était un deuxième circuit accordé composé d'une inductance, d'un condensateur et d'une résistance de charge en série. Ce deuxième circuit est accordé à peu près sur la même fréquence que la fréquence émise ; il maintient l'arc en marche et absorbe la puissance de l'émetteur. La méthode d'absorption est apparemment due à WA Eaton.

La conception du circuit de commutation pour la méthode d'absorption est importante. Il commute un arc haute tension, les contacts du commutateur doivent donc avoir une forme de suppression d'arc. Eaton avait les électro-aimants d'entraînement de clé télégraphique qui actionnaient un relais. Ce relais utilisait quatre ensembles de contacts de commutation en série pour chacun des deux chemins (un vers l'antenne et un vers le shunt arrière). Chaque contact de relais était ponté par une résistance. Par conséquent, l'interrupteur n'était jamais complètement ouvert, mais il y avait beaucoup d'atténuation.

Voir également

Les références

Lectures complémentaires

  • Elwell, CF (1923), The Poulsen Arc Generator , Londres : Ernest Benn Limited
  • Howeth, Linwood S. (1963), History of Communications-Electronics in the United States Navy , US Govt. Imprimerie
  • Morecroft, JH ; Pinto, A.; Curry, WA (1921), Principes de la communication radio , New York : John Wiley & Sons Inc.
  • Morse, AH (1925), Radio: Beam and Broadcast , Londres: Ernest Benn Limited. Histoire de la radio en 1925. Page 25 : "Le professeur Elihu Thomson, d'Amérique, a déposé une demande de brevet sur une méthode d'arc pour produire des courants à haute fréquence. Son invention incorporait une éruption magnétique et d'autres caractéristiques essentielles de l'arc d'aujourd'hui, mais les électrodes étaient en métal et non enfermées dans une chambre à gaz." Cite au brevet américain 500630. Pages 30-31 (1900): "William Du Bois Duddell, de Londres, a déposé une demande de brevet sur une méthode statique de génération de courants alternatifs à partir d'une alimentation en courant continu, méthode qui suivait de très près les lignes de celle d'Elihu Thomson de 1892. Duddell a suggéré des électrodes de carbone, mais il n'a proposé aucune soufflage magnétique. Il a déclaré que son invention pourrait être utilisée pour produire des oscillations de haute fréquence et d'amplitude constante qui pourraient « être utilisées avec avantage en télégraphie sans fil. L'invention de Duddell (Br. Brevet 21 629/00) est devenue la base de l'Arc de Poulsen, et aussi d'un émetteur intéressant développé par Von Lepel. » Page 31 (1903): "Valdemar Poulsen, de Copenhague, a déposé avec succès un brevet sur un générateur, tel que divulgué par Duddell en 1900, plus le soufflage magnétique proposé par Thomson en 1892, et une vapeur d'hydrogène dans laquelle plonger l'arc . (Br. Pate 15,599/03; US Brevet 789,449.)" Aussi Ch. IV, pp 75-77, "L'Arc Poulsen". Raffinements par CF Elwell.
  • Pedersen, PO (août 1917), "On the Poulsen Arc and its Theory" , Actes de l'Institute of Radio Engineers , 5 (4) : 255-319, Une théorie vraiment satisfaisante du fonctionnement de l'arc de Poulsen n'existe pas à présent, une théorie satisfaisante étant celle qui permettra le calcul des résultats, les données nécessaires étant données.
  • Cyril Frank Elwell - Pionnier des communications sans fil américaines et européennes, Talking Pictures et fondateur de CF Elwell Limited, 1922-1925 par Ian L. Sanders. Publié par Castle Ridge Press, 2013. (Détails le développement du générateur d'arc aux États-Unis et en Europe par Elwell.)

Liens externes